REKONSTRUKTION DES CRABTREE-PHÄNOTYPS IN HEFE

Unsere Beziehung zu Hefen besteht seit Tausenden von Jahren. Wir verwenden Hefen dank ihrer Gärfähigkeit in den verschiedensten Bereichen: zum Backen, zum Bierbrauen und zur Weinproduktion. Während der Fermentation wandeln Hefen Zucker rasch in Alkohol und Kohlendioxid um, wodurch sie schneller als andere Mikroorganismen wachsen können. Diese Eigenschaft wird als Crabtree-Effekt bezeichnet. Während der Evolution des Crabtree-Effekts haben sich viele Schritte des Stoffwechsels der Hefen verändert. Diese Veränderungen, die zu einem stärkeren Crabtree-Effekt führten, sind bekannt; jedoch die anfänglichen molekularen Mechanismen, die die Entwicklung ermöglichten, sind unbekannt. Wir haben vor Kurzem gezeigt, dass ein einzelnes Gen den Crabtree-Effekt in Hefen auslösen kann, wodurch die Fermentationsfähigkeit angekurbelt wird. In diesem Projekt möchte ich nun testen, ob diese einzelne Genveränderung der einleitende Schritt im Zuge der Hefeevolution in Richtung eines fermentativen Stoffwechsels war. Es hat mehrere Millionen Jahre gedauert, bis Hefen den Crabtree- Effekt in der Natur entwickelt haben, aber jetzt kann der gesamte Prozess im Labor in viel kürzerer Zeit nachgebaut werden. Ich werde im Labor experimentell die Evolution des Crabtree-Effekts simulieren und den Prozess überwachen. Die Zellen werden charakterisiert und die Genome werden sequenziert und analysiert werden, um die mit dem Crabtree-Effekt verknüpften genomischen Veränderungen zu identifizieren. Die Ergebnisse dieses Projekts werden nicht nur unser Wissen über die genetischen Mechanismen des Crabtree-Effekts erweitern, sondern auch dessen evolutionären Ursprung beleuchten. Mit dem Wissen, welches wir in diesem Projekt gewinnen, wird es außerdem möglich sein, Hefen weiterzuentwickeln, die Ethanol und Milchsäure für industrielle Zwecke produzieren.

REKONSTRUKTION DES CRABTREE-PHENOTYPS IN HEFE Unsere Beziehung zu Hefe reicht Jahrtausende zurück. Dank ihrer Gärfähigkeit sind Hefen überall zu finden: beim Backen, Brauen und bei der Weinherstellung. Während der Gärung wandeln Hefen Zucker schnell in Alkohol und Kohlendioxid um, wodurch sie schneller wachsen als andere Mikroorganismen. Diese Funktion wird als Crabtree-Effekt bezeichnet. Während der Entwicklung des Crabtree-Effekts haben Hefen viele komplexe Stoffwechselveränderungen durchlaufen. Diese Veränderungen, die zu einem ausgeprägteren Crabtree-Effekt führten, sind allgemein bekannt; Die ursprünglichen molekularen Mechanismen, die seine Entstehung förderten, sind jedoch weiterhin unklar. In diesem Projekt haben wir Hefestämme geschaffen, die die genetischen Mutationen tragen, die während ihrer Evolution aufgetreten sind und zum Crabtree-Effekt beigetragen haben. Wir haben diese Stämme charakterisiert und ihre Fermentationsfähigkeit analysiert. Wir haben gezeigt, dass mehrere unabhängige Ereignisse den Crabtree-Effekt in Hefen auslösen und deren Fermentationsfähigkeit erhöhen können. Unsere Ergebnisse zeigen, dass entweder ein einzelnes Gen, das den zentralen Stoffwechsel dereguliert, oder Deletionen im aeroben Energiestoffwechsel zu einem Crabtree-Effekt führen. Kombinationen dieser Mutationen stärken die Fermentationsfähigkeit. Darüber hinaus haben wir auch die Funktionen zweier Gene im Zusammenhang mit dem Energiestoffwechsel charakterisiert und ihre Rolle bei der Energieversorgung aus verschiedenen Kohlenstoffquellen nachgewiesen, die mit dem Crabtree-Effekt verbunden ist. Die Ergebnisse dieses Projekts haben uns geholfen, unser Wissen über die genetischen Mechanismen des Crabtree-Effekts und des Hefe-Energiestoffwechsels zu erweitern. Zu den nächsten Schritten gehören die weitere Charakterisierung dieser Stämme und die weitere Entwicklung unter Laborbedingungen, um die anfänglichen Mechanismen des Crabtree-Effekts zu erforschen. Darüber hinaus wird es mit den Erkenntnissen, die wir in diesem Projekt gewinnen, möglich, Hefen weiterzuentwickeln, die Ethanol und Milchsäure für industrielle Zwecke produzieren können.